（a）Atlantic Empress 号碰撞事故 （b）Exxon Valdez 号搁浅后的油污清理

图1-2 碰撞/搁浅事故

Fig。1-2 Collision and grounding accident

碰撞和搁浅事故的发生引起了国际社会的极大关注，为了防止此类事故的发生， 国际上制订了关于海事安全的相关新法规及设计方法。如 1989 年阿拉斯加“Exxon Valdez”号大型油轮搁浅事故的发生催生了美国政府开展了油船设计规范的修改， 规定在美国水域航行的油轮必须采用双壳体，随后国际海事组织（IMO）也对油轮 做出了采用双壳体的要求。除了相关的法规的制定，关于船舶碰撞与搁浅等方面的 研究也引起了越来越多学者的关注。船舶碰撞与搁浅方面的研究主要包括内部机理 和外部机理两部分。外部机理着重研究船舶外部动力学，将船舶视为刚体，研究其 碰撞/搁浅时承受的载荷及运动，进而估测能量转换及耗散[2-5]。而内部机理则关注 于船体局部变形损伤，从而得到结构响应与能量耗散之间的关系[6-11]。近年来，全 耦合分析技术的提出实现了船舶碰撞/搁浅问题外部机理和内部机理的统一[12]，但 研究过程通常较为复杂。考虑到船舶碰撞运动时存在滞后特性[13]，故船舶碰撞和搁 浅问题通常分为内部机理和外部机理分别研究。研究船舶碰撞/搁浅时内部机理问 题，可以对结构的损伤变形有一个深入直接的认识，这对于优化船体结构、开展耐 撞性设计具有重要意义。

整船结构损伤变形的研究十分复杂，尤其是整船试验，不仅价格昂贵，且试验 工况单一、影响因素众多，因此开展的较少。但是，整船结构的损伤可以由各个船 体构件的变形组合而成。通常，可以单独研究各构件损伤变形模式以指导相关设计， 如梁[14-16]、板[17-19]、桁材[20-26]等，分别研究各构件的变形模式和损伤特性，通过结 合各构件的变形可以评估整个船体结构的损伤变形特点。船体桁材作为船体结构中

的主要构件，在碰撞/搁浅场景中产生较大的面内变形，吸收很大一部分的冲击动 能。很多学者针对船体桁材开展了系列研究，通过理论解析预报桁材在冲击过程中 产生的结构抗力，然而，解析公式仍需进一步改进以提高预报结果的准确性，这将 为设计初期快速评估船体结构的耐撞性能提供一定的指导。

综上，本文重点研究船体桁材在碰撞/搁浅场景下结构的损伤变形。通过试验、 数值仿真、解析相结合的方法，设计开展了准静态冲压载荷作用下结构响应试验， 并开展了相关数值仿真分析，基于试验与仿真结果的观察，通过理论解析预报桁材 在冲压载荷作用下产生的结构抗力，并通过试验与仿真的结果比较分析理论解析结 果的准确性，这对于船体结构耐撞性能的研究与设计具有一定的参考意义。

1。2 国内外研究现状 

1。2。1 船体结构碰撞冲击损伤机理 

1。2。2 船体桁材结构碰撞冲击模型试验 

1。2。3 船体桁材结构碰撞冲击数值仿真 

1。2。4 船体桁材结构碰撞冲击解析计算 

1。3 本文主要工作 

本文以船舶碰撞/搁浅事故为研究对象，对典型的碰撞/搁浅场景进行简化，确 定了计算分析工况；在此基础上，重点关注舷侧和底部桁材结构，分析了其在碰撞

/搁浅事故中可能遭受碰撞载荷的模式。以此为基础，设计开展了准静态冲压试验 和相关数值仿真分析，研究船舶碰撞/搁浅事故下船体桁材损伤变形机理的理论预 报方法，为设计初期快速评估船体结构的碰撞性能提供参考。本文主要研究内容如 下：论文网